线路保护常见的故障测距方法

线路保护常见的故障测距方法

摘要:输电线路发生故障时,通过故障测距装置的自动测量,可以为人工查找故障点提供有效参考,但需要注意测距设备的准确性、可靠性、实用性问题。介绍了基于故障分析的单端测距、双端测距方法,并特别强调在实际中采用的方法,以及这些方法的特点和不足,并对这些方法给与了评价。

关键词:输电线路故障测距单端测距双端测距

高压输电线路是电网中传输电能的主要通道,其可靠运行直接关系到电能能否有效传输。随着电网规模的不断扩大,电能的输送距离越来越远,输电线路的电压等级也越来越高。远距离的输电以及大量输电线路的建设使用带来的问题之一就是输电线路发生故障的次数也越来越多。由于输电线路的运行环境多种多样,越是复杂的地形和恶劣天气,发生故障的可能性越大,这就给发生故障时的故障定位带来了困难。为了尽快的修复和恢复供电,又迫切要求迅速的查找到故障点,为了解决这一问题,除了需要相关人员,特别是巡线人员的辛勤工作外,更需要一种有效的进行故障定位的方法,这便是输电线路的故障测距技术,为此工程技术人员和研究人员进行了大量的研究和实践工作[1-2]。

1 输电线路的故障测距

本质上说,故障测距并不能准确获知故障点的实际位置,因为故障

测距得到的只能是电气距离,如故障点到测距设备安装点(一般是变电站内)的输电线路长度,但这已经可以大幅缩小人员现场查找故障点的范围。故障测距设备又被称为故障定位装置,能够根据故障发生时的电气特征迅速测定安装处到故障点的距离,从而减轻人工巡线的劳动,还可以查找出人工难以发现的故障,因此给电网运行部门带来了很高的社会效益和经济效益。

为了达到预期的目标,需要故障测距装置在准确性、可靠性以及实用性方面达到一定的目标。

1.1 准确性

准确性是故障测距装置的最重要性能指标,失去准确性,就是去了故障测距的意义,反而会对人员的巡线带来误导,影响人员的正确判断,延长发现故障点的时间。实际的故障测距必然存在误差,但误差只要在可以接受的范围内,就可以受到良好的效果。规范要求测距的综合误差不超过1%,而实际情况中,较短线路很难达到这一要求,也并无必要,考虑到杆塔之间的实际距离,一般要求测距误差不超过1km,即在相邻几个杆塔之间是合理的,可以较好的满足现场要求。

1.2 可靠性

在以往的研究中,常常片面强调故障测距的可靠性,即不拒动,不误动。这是由于故障测距的研究人员普遍为继电保护的研究人员,将对继电保护的要求加至故障测距技术中导致的。实际上,对于故障测

距而言,不误动的要求并不那么重要,因为故障测距是与继电保护装置的动作相联系的,在继电保护装置未动作的条件下,现场运行一般对故障测距装置的报告很难予以重视。而且当前的情况下,一般不配置专门的故障测距装置,故障测距功能是结合在继电保护装置内的,在继电保护不动作的情况下,故障测距功能是不可能启动的。对于不拒动的要求是合理的,在发生故障时测距装置无法给出测距情况报告,实际上是功能失效。

应当说,准确性和可靠性是相结合的,当测距误差过大,即准确性无法保障的情况下,便可以说是测距不可靠。

1.3 实用性

实用性是指测距设备应结合实际情况进行研究和采用。首先是性价比问题,如果单独的测距设备的价格过高,将难以推广采用,因此结合继电保护装置的研究,将测距功能与之相结合是一种有效的手段,另一方面可以考虑将多条线路用同一测距装置进行测距。其次是方便性问题,以多条线路采用同一测距装置为例,这就需要将多条线路的信息(如交流量、开关量)引入装置,在安装接线上带来大量不便,不便于调试和使用。

2 故障测距的主要方法

当前故障测距的主要方法,可以分为单端测距与双端测距两类,又可根据采用信息的不同分为故障分析法和行波法两种。两种分类是相互结合的,即可以分为四类,即基于故障分析的单端测距法、基于故障分析的双端测距法、基于行波的单端测距法、基于行波的双端测距法。

故障分析法,是在输电线路发生故障时,根据相关参数和电流、电压列出测距方程,通过方程求解得到故障点的位置。从信息学的角度可知,在有效利用信息的前提下,双端测距方法采用双侧的电流电压信息,应当可以获得更为准确的测距结果,但需要较多的数据传输。在与继电保护装置结合的情况下,特别是当前广泛采用的光纤保护前提下,数据传输并不存在问题,因为保护的正常运行也需要电流量的传送,通道宽度也足以保障所需信息的正常传送。但对于无有效通道的前提下,则只能采用单端测距方法。

行波法是根据行波理论实现的测距方法。其在500kV线路中有一定应用,但一般是独立于继电保护装置单独设立。

3 各类故障测距方法的分析

3.1 基于故障分析的单端测距法

这种方法仅依赖线路一侧的电压、电流和参数来实现故障测距,因此实现相对简单,也是最早实际应用、应用最为广泛的故障测距方法。这种方法的不足就是应用的信息量较少,且受系统的运行方式、故障点的接地阻抗影响较大。最典型的方法,便是利用故障分析所得

的系统序网图,根据故障的边界条件建立故障电流与故障电压的方程组,通过迭代求解得到故障距离。这类方法包括故障电流相位修正法、故障电流修正法、故障电流分析修正法等。迭代法的突出问题是算法本身的收敛性难以保障,特别是在系统运行方式发生较大变化,从而改变建立方程的基础时,将可能得到伪根或负距离。为了解决这一问题,进一步的研究是利用参数识别,有效的分析当前系统的运行方式,对方程进行调整,从而消除运行方式变化带来的影响。

3.2 基于故障分析的双端测距方法

利用故障线路两端的信息,可以有效消除单端测距法中故障点过渡阻抗和对侧系统阻抗带来的影响,但也带来了相应的问题,便是必须借助通信手段来完成信息的传递,同时要保障信息的同步性。考虑到信息的同步性问题较难解决,近年来提出了通过迭代求解的方法,在不要求信息同步的基础上分别建立方程,然后通过迭代的方法求解出最合理的结果的方法,提高了方法的可靠性和精度。

因此对于电压等级较低的线路,考虑到对于线路保护的要求和对故障测距的要求都较低,一般采用的保护为单端的距离保护、电流保护,对应的测距方法为单端测距;而对于电压等级较高(一般为220kV 以上),考虑到当前往往采用由光纤通道构成的差动保护,不存在信息传递问题,一般考虑采用双端测距,以提高测距的准确性。